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Instituto Federal Sul-rio-grandense - Campus Pelotas Curso Técnico de Nível Médio em Eletromecânica Disciplina de Elementos de Máquinas Prof. Amilton Cravo Moraes; Prof. Edson Lambrecht. 93 5. Unidade V - Elementos de transmissão 5.1 Introdução Um motorista viajava numa estrada e não viu a luz vermelha que, de repente, apareceu no painel. Mais alguns metros, o carro parou . O motorista, que nada entendia de carro, percebeu que algo de grave acontecera. Empurrou o carro para o acostamento, colocou o triângulo como sinal de aviso e saiu à procura de socorro. Por sorte, encontrou um mecânico. O mecânico identificou o problema. A correia do alternador estava arrebentada. Como o motorista não tinha uma correia de reserva, foi necessário rebocar o carro. Esse problema pode lhe dar idéia da importância da correia como elemento de transmissão de movimento. Por isso, você vai estudar alguns elementos de máquina para transmissão: correia, correntes, engrenagens, rodas de atrito, roscas, cabos de aço. Com esses elementos são montados sistemas de transmissão que transferem potência e movimento a outro sistema. Na figura abaixo, a polia condutora transmite energia e movimento à polia conduzida. Figura 208 Sistema de transmissão Os sistemas de transmissão podem, também, variar as rotações entre dois eixos. Nesse caso, o sistema de rotação é chamado variador. As maneiras de variar a rotação de um eixo podem ser: - por engrenagens; - por correias; - por atrito. Seja qual for o tipo de variador, sua função está ligada a eixos. Abaixo, temos a ilustração de um variador por engrenagens acionado por um motor elétrico. Figura 209 Sistema de variação de velocidade A transmissão de força e movimento pode ser pela forma e por atrito. A transmissão pela forma é assim chamada porque a forma dos elementos transmissores é adequada para encaixamento desses elementos entre si. Essa maneira de transmissão é a mais usada, principalmente com os elementos chavetados, eixos-árvore entalhados e eixos-árvore estriados.

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5. Unidade V - Elementos de transmissão

5.1 Introdução

Um motorista viajava numa estrada e não viu a luz vermelha que, de repente, apareceu no painel. Mais

alguns metros, o carro parou . O motorista, que nada entendia de carro, percebeu que algo de grave acontecera.

Empurrou o carro para o acostamento, colocou o triângulo como sinal de aviso e saiu à procura de socorro. Por

sorte, encontrou um mecânico. O mecânico identificou o problema. A correia do alternador estava arrebentada.

Como o motorista não tinha uma correia de reserva, foi necessário rebocar o carro. Esse problema pode lhe

dar idéia da importância da correia como elemento de transmissão de movimento. Por isso, você vai estudar alguns

elementos de máquina para transmissão: correia, correntes, engrenagens, rodas de atrito, roscas, cabos de aço.

Com esses elementos são montados sistemas de transmissão que transferem potência e movimento a outro

sistema. Na figura abaixo, a polia condutora transmite energia e movimento à polia conduzida.

Figura 208 – Sistema de transmissão

Os sistemas de transmissão podem, também, variar as rotações entre dois eixos. Nesse caso, o sistema de

rotação é chamado variador. As maneiras de variar a rotação de um eixo podem ser:

- por engrenagens;

- por correias;

- por atrito.

Seja qual for o tipo de variador, sua função está ligada a eixos.

Abaixo, temos a ilustração de um variador por engrenagens acionado por um motor elétrico.

Figura 209 – Sistema de variação de velocidade

A transmissão de força e movimento pode ser pela forma e por atrito. A transmissão pela forma é assim

chamada porque a forma dos elementos transmissores é adequada para encaixamento desses elementos entre si.

Essa maneira de transmissão é a mais usada, principalmente com os elementos chavetados, eixos-árvore

entalhados e eixos-árvore estriados.

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Figura 210 – Sistemas de transmissão de movimento

A transmissão por atrito possibilita uma boa centralização das peças ligadas aos eixos. Entretanto, não

possibilitam transmissão de grandes esforços quanto os transmitidos pela forma. Os principais elementos de

transmissão por atrito são os elementos anelares e arruelas estreladas.

Figura 211 – Transmissão por elementos anelares

Esses elementos constituem-se de dois anéis cônicos apertados entre si e que atuam ao mesmo tempo

sobre o eixo e o cubo.

Figura 212 – Transmissão por arruelas estreladas

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As arruelas estreladas possibilitam grande rigor de movimento axial (dos eixos) e radial (dos raios). As

arruelas são apertadas por meio de parafusos que forçam a arruela contra o eixo e o cubo ao mesmo tempo.

5.2 Descrição resumida de alguns elementos de transmissão

Apresentamos, a seguir, uma breve descrição dos principais elementos de máquina de transmissão:

correias, correntes, engrenagens, rodas de atrito, roscas, cabos de aço e acoplamento. Cada um desses elementos

será estudado mais profundamente na continuidade desta unidade.

5.2.1 Correias

São elementos de máquina que transmitem movimento de rotação entre eixos por intermédio das polias. As

correias podem ser contínuas ou com emendas. As polias são cilíndricas, fabricadas em diversos materiais. Podem

ser fixadas aos eixos por meio de pressão, de chaveta ou de parafuso.

Figura 213 – Sistema correia - polia

5.2.2 Correntes

São elementos de transmissão, geralmente metálicos, constituídos de uma série de anéis ou elos. Existem

vários tipos de corrente e cada tipo tem uma aplicação específica.

Figuras 214 – Corrente de elos e corrente de buchas

5.2.3 Engrenagens

Também conhecidas como rodas dentadas, as engrenagens são elementos de máquina usados na

transmissão entre eixos. Existem vários tipos de engrenagem.

Figura 215 – Engrenagens cilíndricas de dentes retos

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5.2.4 Rodas de atrito

São elementos de máquinas que transmitem movimento por atrito entre dois eixos paralelos ou que se

cruzam.

Figura 216 – Rodas de atrito

5.2.5 Roscas

São saliências de perfil constante, em forma de hélice (helicoidal). As roscas se movimentam de modo

uniforme, externa ou internamente, ao redor de uma superfície cilíndrica ou cônica. As saliências são denominadas

filetes.

Existem roscas de transporte ou movimento que transformam o movimento giratório num movimento

longitudinal. Essas roscas são usadas, normalmente, em tornos e prensas, principalmente quando são freqüentes

as montagens e desmontagens.

Figura 217 – Rosca de transmissão de movimento de rotação em translação

5.2.6 Cabos de aço

São elementos de máquinas feitos de arame trefilado a frio. Inicialmente, o arame é enrolado de modo a

formar pernas. Depois as pernas são enroladas em espirais em torno de um elemento central, chamado núcleo ou

alma.

Figura 218 – Cabos de sustentação ou içamento

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5.2.7 Acoplamento

É um conjunto mecânico que transmite movimento entre duas peças.

Figura 219 – Sistema de acoplamento

5.3 Eixos e árvores

5.3.1 Introdução

Assim como o homem, as máquinas contam com sua .coluna vertebral. como um dos principais elementos

de sua estrutura física: eixos e árvores, que podem ter perfis lisos ou compostos, em que são montadas as

engrenagens, polias, rolamentos, volantes, manípulos etc.

Os eixos e as árvores podem ser fixos ou giratórios e sustentam os elementos de máquina. No caso dos

eixos fixos, os elementos (engrenagens com buchas, polias sobre rolamentos e volantes) é que giram.

Quando se trata de eixo-árvore giratório, o eixo se movimenta juntamente com seus elementos ou

independentemente deles como, por exemplo, eixos de afiadores (esmeris), rodas de trole (trilhos), eixos de

máquinas-ferramenta, eixos sobre mancais.

Figura 220 – Representação de um eixo giratório

5.3.2 Material de fabricação

Os eixos e árvores são fabricados em aço ou ligas de aço, pois os materiais metálicos apresentam melhores

propriedades mecânicas do que os outros materiais. Por isso, são mais adequados para a fabricação de elementos

de transmissão:

- eixos com pequena solicitação mecânica são fabricados em aço ao carbono;

- eixo-árvore de máquinas e automóveis são fabricados em aço-níquel;

- eixo-árvore para altas rotações ou para bombas e turbinas são fabricados em aço cromo-níquel;

- eixo para vagões são fabricados em aço-manganês.

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Quando os eixos e árvores têm finalidades específicas, podem ser fabricados em cobre, alumínio, latão.

Portanto, o material de fabricação varia de acordo com a função dos eixos e árvores.

5.3.3 Tipos e características de árvores

Conforme suas funções, uma árvore pode ser de engrenagens (em que são montados mancais e

rolamentos) ou de manivelas, que transforma movimentos circulares em movimentos retilíneos. Para suporte de

forças radiais, usam-se espigas retas, cônicas, de manivela e esférica.

Para suporte de forças axiais, usam-se espigas de anéis ou de cabeça. As forças axiais têm direção

perpendicular (90º) à seção transversal do eixo, enquanto as forças radiais têm direção tangente ou paralela à

seção transversal do eixo.

Quanto ao tipo, os eixos podem ser roscados, ranhurados, estriados, maciços, vazados, flexíveis, cônicos,

cujas características estão descritas a seguir.

Figura 221 – Sistema de forças aplicadas a um eixo

5.3.3.1 Eixos maciços: A maioria dos eixos maciços tem seção transversal circular maciça, com degraus ou

apoios para ajuste das peças montadas sobre eles. A extremidade do eixo é chanfrada para evitar rebarbas. As

arestas são arredondadas para aliviar a concentração de esforços.

Figura 222 – Eixo maciço

5.3.3.2 Eixos vazados: Normalmente, as máquinas-ferramenta possuem o eixo-árvore vazado para facilitar a

fixação de peças mais longas para a usinagem. Temos ainda os eixos vazados empregados nos motores de avião,

por serem mais leves.

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Figura 223- Eixo vazado

5.3.3.3 Eixos cônicos: Os eixos cônicos devem ser ajustados a um componente que possua um furo de

encaixe cônico. A parte que se ajusta tem um formato cônico e é firmemente presa por uma porca. Uma chaveta é

utilizada para evitar a rotação relativa.

Figura 224 – Eixo cônico

5.3.3.4 Eixos roscados: Esse tipo de eixo é composto de rebaixos e furos roscados, o que permite sua

utilização como elemento de transmissão e também como eixo prolongador utilizado na fixação de rebolos para

retificação interna e de ferramentas para usinagem de furos.

Figura 225 – Eixo roscado

5.3.3.5 Eixos-árvore ranhurados: Esse tipo de eixo apresenta uma série de ranhuras longitudinais em torno

de sua circunferência. Essas ranhuras engrenam-se com os sulcos correspondentes de peças que serão montadas

no eixo. Os eixos ranhurados são utilizados para transmitir grande força.

Figura 226 – Eixo-árvore ranhurado

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5.3.3.6 Eixos-árvore estriados: Assim como os eixos cônicos, como chavetas, caracterizam-se por garantir

uma boa concentricidade com boa fixação, os eixos-árvore estriados também são utilizados para evitar rotação

relativa em barras de direção de automóveis, alavancas de máquinas etc.

Figura 227 – Eixo-árvore estriado

5.3.3.7 Eixos-árvore flexíveis: Consistem em uma série de camadas de arame de aço enroladas

alternadamente em sentidos opostos e apertadas fortemente. O conjunto é protegido por um tubo flexível e a união

com o motor é feita mediante uma braçadeira especial com uma rosca.

São eixos empregados para transmitir movimento a ferramentas portáteis (roda de afiar), e adequados a

forças não muito grandes e altas velocidades (cabo de velocímetro).

Figura 228 – Eixo-árvore flexível

5.4 Transmissões por polias e correias

5.4.1 Introdução

Para transmitir potência de uma árvore à outra, alguns dos elementos mais antigos e mais usados são as

correias e as polias.

As transmissões por correias e polias apresentam as seguintes vantagens:

- elevada resistência ao desgaste e funcionamento

silencioso;

-

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Figura 229 – Transmissão por correia e polia

5.4.2 Relação de transmissão ( i )

É a relação entre o número de voltas das polias (n) numa unidade de tempo e os seus diâmetros. A

velocidade periférica (V) é a mesma para as duas rodas.

Onde:

D2 = ∅ Φ da polia maior

n1 = número de voltas por minuto (rpm) da polia menor

n2 = rpm da polia maior

Logo:

V1 = V2

πD1n1 = πD2n2

D1n1 = D2n2

5.4.3 Transmissão por correia plana

Essa maneira de transmissão de potência se dá por meio do atrito que pode ser simples, quando existe

somente uma polia motora e uma polia movida (como na figura abaixo), ou múltiplo, quando existem polias

intermediárias com diâmetros diferentes.

A correia plana, quando em serviço, desliza e portanto não transmite integralmente a potência. A velocidade

periférica da polia movida é, na prática, sempre menor que a da polia motora. O deslizamento depende da carga,

da velocidade periférica, do tamanho da superfície de atrito e do material da correia e das polias.

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Figura 230 – Transmissão por correia plana

O tamanho da superfície de atrito é determinado pela largura da correia e pelo ângulo de abraçamento ou

contato (α) (figura acima) que deve ser o maior possível e calcula-se pela seguinte fórmula:

Para obter um bom ângulo de abraçamento é necessário que:

- a relação de transmissão i não ultrapasse 6:1;

- a distância entre eixos não seja menor que 1,2 (D1 + D2).

No acionamento simples, a polia motora e a movida giram no mesmo sentido. No acionamento cruzado as

polias giram em sentidos contrários e permitem ângulo de abraçamento maior, porém o desgaste da correia é

maior.

Figura 231 – Acionamento cruzado

A correia plana permite ainda a transmissão entre árvores não paralelas.

Figura 232 – Acionamento em árvores não paralelas

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5.4.4 Formato da polia plana

Segundo norma DIN 111, a superfície de contato da polia plana pode ser plana ou abaulada. A polia com

superfície plana conserva melhor as correias e a polia com superfície abaulada guia melhor as correias. O

acabamento superficial deve ficar entre quatro e dez milésimos de milímetro (4 a10 μm).

Quando a velocidade da correia supera 25m/s é necessário equilibrar estática e dinamicamente as polias

(balanceamento).

Figura 233 – Formato das polias

5.4.5 Tensionador ou esticador

Quando a relação de transmissão supera 6:1, é necessário aumentar o ângulo de abraçamento da polia

menor. Para isso, usa-se o rolo tensionador ou esticador, acionado por mola ou por peso.

A tensão da correia pode ser controlada também pelo deslocamento do motor sobre guias ou por sistema

basculante.

Figura 234 – Rolo tensionador

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Figura 235 – Sistema basculante para tensionamento

5.4.6 Materiais para correia plana

-

- ial fibroso e sintéticos: Não recebe emendas (correia sem-fim), própria para forças sem oscilações,

para polia de pequeno diâmetro. Tem por material base o algodão, o pêlo de camelo, o viscose, o perlon e o nylon.

- Essa correia possui a face interna feita de couro curtido ao cromo

e a externa de material sintético (perlon). Essa combinação produz uma correia com excelente flexibilidade, capaz

de transmitir grandes potências.

5.4.7 Transmissão por correia em V

A correia em V é inteiriça (sem-fim) fabricada com secção transversal em forma de trapézio. É feita de

borracha revestida por lona e é formada no seu interior por cordonéis vulcanizados para absorver as forças.

Figura 236 – Seção de uma correia em V

O emprego da correia em V é preferível ao da correia plana e possui as seguintes características:

-

-

- etro da polia maior e

h = altura da correia).

-

-

-

-

-

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5.4.8 Perfil e designação das correias em V

A designação é feita por uma letra que representa o formato e por um número que é o perímetro médio da

correia em polegada.

Os perfis são normalizados e denominam-se formato A, B, C, D e E, suas dimensões são mostradas na

figura a seguir.

Para especificação de correias, pode-se encontrar, por aproximação, o número que vai ao lado da letra,

medindo o comprimento externo da correia, diminuindo um dos valores abaixo e transformando o resultado em

polegadas.

Tabela 20 – Medidas da correia em V

Figura 237 – Perfis das correias em V

5.4.9 Perfil dos canais das polias

As polias em V têm suas dimensões normalizadas e são feitas com ângulos diferentes conforme o tamanho.

Figura 238 – Dimensões normalizadas das polias em V

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Tabela 21 – Dimensões das polias em V

O perfil dos canais das polias em V deve ter as medidas corretas para que haja um alojamento adequado da

correia no canal. A correia não deve ultrapassar a linha do diâmetro externo da polia e nem tocar no fundo do canal,

o que anularia o efeito de cunha.

Figura 239 – Posicionamento correto da correia na polia

5.4.10 Relação de transmissão (i) para correias e polias em V

Uma vez que a velocidade (V) da correia é constante, a relação de transmissão está em função dos

diâmetros das polias.

Figura 240 – Relação de transmissão para correias em V

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Para as correias em V, deve-se tomar o diâmetro nominal médio da polia (Dm) para os cálculos. O diâmetro

nominal calcula-se pela fórmula:

Dm = De - 2x

Onde:

De = diâmetro da polia

x = altura efetiva da correia

h = altura da correia

Figura 241 – Diâmetro médio da polia

5.4.11 Transmissão por correia dentada

A correia dentada em união com a roda dentada correspondente permite uma transmissão de força sem

deslizamento. As correias de qualidade têm no seu interior vários cordonéis helicoidais de aço ou de fibra de vidro

que suportam a carga e impedem o alongamento. A força se transmite através dos flancos dos dentes e pode

chegar a 400N/cm2.

Figura 242 – transmissão por correia dentada

O perfil dos dentes pode ser trapezoidal ou semicircular, geralmente, são feitos com módulos 6 ou 10. As

polias são fabricadas de metal sinterizado, metal leve ou ferro fundido em areia especial para precisão nas medidas

em bom acabamento superficial.

Para a especificação das polias e correias dentadas, deve-se mencionar o comprimento da correia ou o

número de sulcos da polia, o passo dos dentes e a largura. A relação de transmissão (i) é dada por:

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5.4.12 Procedimentos em manutenção com correias e polias

A correia é importante para a máquina. Quando mal aplicada ou frouxa, provoca a perda de velocidade e de

eficiência da máquina; quando esticada demais, há quebra dos eixos ou desgaste rápido dos mancais.

As polias devem ter uma construção rigorosa quanto à concentricidade dos diâmetros externos e do furo,

quanto à perpendicularidade entre as faces de apoio e os eixos dos flancos, e quanto ao balanceamento, para que

não provoquem danos nos mancais e eixos.

Os defeitos construtivos das polias também influem negativamente na posição de montagem do conjunto de

transmissão.

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Tabela 22 – Defeitos em polias

5.4.13 Danos típicos das correias

As correias, inevitavelmente, sofrem esforços durante todo o tempo em que estiverem operando, pois estão

sujeitas às forças de atrito e de tração. As forças de atrito geram calor e desgaste, e as forças de tração produzem

alongamentos que vão danificando-as. Além desses dois fatores, as correias estão sujeitas às condições do meio

ambiente como umidade, poeira, resíduos, substancias químicas, que podem agredi-las.

Um dano típico que uma correia pode sofrer é a rachadura. As causas mais comuns deste dano são: altas

temperaturas, polias com diâmetros incompatíveis, deslizamento durante a transmissão, que provoca o

aquecimento, e poeira. As rachaduras reduzem a tensão das correias e, conseqüentemente, a sua eficiência.

Figura 243 – Rachadura em uma correia

Outro dano típico sofrido pelas correias é sua fragilização. As causas da fragilização de uma correia são

múltiplas, porém o excesso de calor é uma das principais. De fato, sendo vulcanizadas, as correias industriais

suportam temperaturas compreendidas entre 60°C e 70°C, sem que seus materiais de construção sejam afetados;

contudo temperaturas acima desses limites diminuem sua vida útil. Correias submetidas a temperaturas superiores

a 70°C começam a apresentar um aspecto pastoso e pegajoso.

Figura 244 – Fragilização das correias

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Outro dano que as correias podem apresentar são os desgastes de suas paredes laterais. Esses desgastes

indicam derrapagens constantes, e os motivos podem ser sujeira excessiva, polias com canais irregulares ou falta

de tensão nas correias. Materiais estranhos entre a correia e a polia podem ocasionar a quebra ou o desgaste

excessivo. A contaminação por óleo também pode acelerar a deterioração da correia.

Figura 245 – Desgaste nas paredes laterais

Outros fatores podem causar danos às correias, como desalinhamento do sistema; canais das polias gastos

e vibrações excessivas. Em sistemas desalinhados, normalmente, as correias se viram nos canais das polias. O

emprego de polias com canais mais profundos é uma solução para minimizar o excesso de vibrações.

Figura 246 – Dano causado por desalinhamento

Outro fator que causa danos tanto às correias quanto às polias é o desligamento entre esses dois elementos

de máquinas. Os danos surgem nas seguintes situações: toda vez que as correias estiverem gastas e deformadas

pelo trabalho; quando os canais das polias estiverem desgastados pelo uso e quando o sistema apresentar correias

de diferentes fabricantes. Os danos poderão ser sanados com a eliminação do fator que estiver prejudicando o

sistema de transmissão, ou seja, as polias ou o jogo de correias.

Figura 247 – Dano causado por desligamento

É possível resumir os danos que as correias podem sofrer tabelando os problemas, suas causas prováveis e

soluções recomendadas.

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Tabela 23 – Defeitos em correias

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5.4.14 Vantagens das transmissões com ( correias em "V" )

Tabela 24 – Vantagens das correias em V

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5.5 Correntes

5.5.1 Introdução

Um ou vários eixos podem ser acionados através de corrente. A transmissão de potência é feita através do

engrenamento entre os dentes da engrenagem e os elos da corrente; não ocorre o deslizamento. É necessário para

o funcionamento desse conjunto de transmissão que as engrenagens estejam em um mesmo plano e os eixos

paralelos entre si.

Figura 248 – Transmissão por correntes

A transmissão por corrente normalmente é utilizada quando não se podem usar correias por causa da

umidade, vapores, óleos, etc. É, ainda, de muita utilidade para transmissões entre eixos próximos, substituindo

trens de engrenagens intermediárias.

5.5.2 Tipos de correntes

5.5.2.1 Corrente de rolos: É composta por elementos internos e externos, onde as talas são

permanentemente ligadas através de pinos e buchas; sobre as buchas são, ainda, colocados rolos. Esta corrente é

aplicada em transmissões, em movimentação e sustentação de contrapeso e, com abas de adaptação, em

transportadores; é fabricada em tipo standard, médio e pesada.

Figura 249 – Correntes de rolos standart

Várias correntes podem ser ligadas em paralelo, formando corrente múltipla; podem ser montadas até 8

correntes em paralelo.

Figura 250 – Correntes múltiplas

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5.5.2.2 Corrente de dentes: Nesse tipo de corrente há, sobre cada pino articulado, várias talas dispostas uma

ao lado da outra, onde cada segunda tala pertence ao próximo elo da corrente.

Figura 251 – Corrente de dentes

Dessa maneira, podem ser construídas correntes bem largas e muito resistentes. Além disso, mesmo com o

desgaste, o passo fica, de elo a elo vizinho, igual, pois entre eles não há diferença.

Esta corrente permite transmitir rotações superiores às permitidas nas correntes de rolos. É conhecida como

corrente silenciosa (“silent chain”).

5.5.2.3 Corrente de elos livres: Esta é uma corrente especial usada para transportadores e, em alguns casos,

pode ser usada em transmissões. Sua característica principal é a facilidade de retirar-se qualquer elo, sendo

apenas necessário suspendê-lo. É conhecida por “link chain”.

Figura 252 – Corrente de elos livre

5.5.2.4 Corrente comum: Conhecida também por cadeia de elos, possui os elos formados de vergalhões

redondos soldados, podendo ter um vergalhão transversal para esforço. É usada em talhas manuais,

transportadores e em uma infinidade de aplicações.

Figura 253 – Corrente comum

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5.5.2.5 Corrente de blocos: É uma corrente parecida com a corrente de rolos, mas, cada par de rolos, com

seus elos, forma um sólido (bloco). É usada nos transportadores e os blocos formam base de apoio para os

dispositivos usados para transporte.

Figura 254 – Corrente comum

5.5.3 Fabricação das correntes

As talas são estampadas de fitas de aço; os rolos e as buchas são repuxados de chapas de aço ou

enrolados de fitas de aço; os pinos são cortados de arames de aço. As peças prontas são, separadamente,

beneficiadas ou temperadas para aproximadamente 60 Rockwell.

5.5.4 Engrenagens para correntes

As engrenagens para correntes têm como medidas principais o número de dentes (Z), o passo (p) e o

diâmetro (d). O passo é igual à corda medida sobre o diâmetro primitivo desde o centro de um vão ao centro do vão

consecutivo, porque a corrente se aplica sobre a roda em forma poligonal.

Figura 255 – Engrenagem para correntes

O perfil dos dentes corresponde ao diâmetro dos rolos da corrente e para que haja facilidade no

engrenamento, as laterais dos dentes são afiladas e 10% mais estreitas que a corrente.

Algumas rodas possuem o perfil modificado para compensar o alargamento produzido pelo desgaste. Os

dentes são formados de tal modo que os rolos colocados entre eles tenham folga no flanco da frente e no flanco de

trás.

5.6 Cabos

5.6.1 Introdução

Um motorista dirigia, quando, de repente, surgiu um problema na embreagem do carro. Por mais que

tentasse, o motorista não conseguia engatar a marcha.

O carro foi rebocado até uma oficina mecânica. Depois de uma rápida inspeção, o mecânico explicou que o

cabo da embreagem estava quebrado. Era preciso substituí-lo.

Descrevemos esse problema para que você tenha idéia da importância de cabos, assunto desta unidade,

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como elemento de transmissão.

Cabos são elementos de transmissão que suportam cargas (força de tração), deslocando-as nas posições

horizontal, vertical ou inclinada. Os cabos são muito empregados em equipamentos de transporte e na elevação de

cargas, como em elevadores, escavadeiras, pontes rolantes.

Figura 256 – Emprego de cabos

5.6.2 Componentes

O cabo de aço se constitui de alma e perna. A perna se compõe de vários arames em torno de um arame

central, conforme a figura abaixo.

Figura 257 – Componentes de um cabo

5.6.3 Construção de cabos

Um cabo pode ser construído em uma ou mais operações, dependendo da quantidade de fios e,

especificamente, do número de fios da perna. Por exemplo: um cabo de aço 6 por 19 significa que uma perna de 6

fios é enrolada com 12 fios em duas operações.

Quando a perna é construída em várias operações, os passos ficam diferentes no arame usado em cada

camada. Essa diferença causa atrito durante o uso e, conseqüentemente, desgasta os fios.

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Passo é a distância entre dois pontos de um fio em torno da alma do cabo.

Figura 258 – Representação do passo de um cabo

5.6.4 Tipos de distribuição dos fios nas pernas

Existem vários tipos de distribuição de fios nas camadas de cada perna do cabo. Os principais tipos de

distribuição que vamos estudar são:

- normal;

- seale;

- filler;

- warrington.

5.6.4.1 Distribuição normal: Os fios dos arames e das pernas são de um só diâmetro.

5.6.4.2 Distribuição seale: As camadas são alternadas em fios grossos e finos.

Figura 259 – Cabo seale

5.6.4.3 Distribuição filler: As pernas contêm fios de diâmetro pequeno que são utilizados como enchimento

dos vãos dos fios grossos.

Figura 260 – Cabo filler

5.6.4.4 Distribuição warrington: Os fios das pernas têm diâmetros diferentes numa mesma camada.

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Figura 261 – Cabo warrington

5.6.5 Tipos de alma de cabos de aço

As almas de cabos de aço podem ser feitas de vários materiais, de acordo com a aplicação desejada.

Existem, portanto, diversos tipos de alma. Veremos os mais comuns: alma de fibra, de algodão, de asbesto, de aço.

5.6.5.1 Alma de fibra: É o tipo mais utilizado para cargas não muito pesadas. As fibras podem ser naturais

(AF) ou artificiais (AFA).

Figura 262 – Alma de fibra

As fibras naturais utilizadas normalmente são o sisal ou o rami. Já a fibra artificial mais usada é o

polipropileno (plástico).

Vantagens das fibras artificiais:

- não se deterioram em contato com agentes agressivos;

- são obtidas em maior quantidade;

- não absorvem umidade.

Desvantagens das fibras artificiais:

- são mais caras;

- são utilizadas somente em cabos especiais. cabo

5.6.5.2 Alma de algodão: Tipo de alma que é utilizado em cabos de pequenas dimensões.

5.6.5.3 Alma de asbesto: Tipo de alma utilizado em cabos especiais, sujeitos a altas temperaturas.

5.6.5.4 Alma de aço: A alma de aço pode ser formada por uma perna de cabo (AA) ou por um cabo de aço

independente (AACI), sendo que este último oferece maior flexibilidade somada à alta resistência à tração.

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Figura 263 – Cabo com alma AACI

5.6.6 Tipos de torção

Os cabos de aço, quando tracionados, apresentam torção das pernas ao redor da alma. Nas pernas também

há torção dos fios ao redor do fio central. O sentido dessas torções pode variar, obtendo-se as situações:

5.6.6.1 Torção regular ou em cruz: Os fios de cada perna são torcidos no sentido oposto ao das pernas ao

redor da alma. As torções podem ser à esquerda ou à direita. Esse tipo de torção confere mais estabilidade ao

cabo.

Figura 264 – Cabo com torção regular à direita e à esquerda

5.6.6.2 Torção lang ou em paralelo:

Os fios de cada perna são torcidos no mesmo sentido das pernas que ficam ao redor da alma. As torções

podem ser à esquerda ou à direita. Esse tipo de torção aumenta a resistência ao atrito (abrasão) e dá mais

flexibilidade.

Figura 265 – Torção Lang à direita e à esquerda

O diâmetro de um cabo de aço corresponde ao diâmetro da circunferência que o circunscreve.

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Figura 266 – Medições: Errada - Correta

5.6.7 Preformação dos cabos de aço

Os cabos de aço são fabricados por um processo especial, de modo que os arames e as pernas possam ser

curvadas de forma helicoidal, sem formar tensões internas.

As principais vantagens dos cabos preformados são:

- manuseio mais fácil e mais seguro;

- no caso da quebra de um arame, ele continuará curvado;

- não há necessidade de amarrar as pontas.

5.6.8 Fixação do cabo de aço

Os cabos de aço são fixados em sua extremidade por meio de ganchos ou laços. Os laços são formados

pelo trançamento do próprio cabo. Os ganchos são acrescentados ao cabo.

Figura 267 – Meios de fixação dos cabos

5.6.9 Dimensionamento

Para dimensionar cabos, calculamos a resistência do material de fabricação aos esforços a serem

suportados por esses cabos. É necessário verificar o nível de resistência dos materiais à ruptura.

Os tipos, características e resistência à tração dos cabos de aço são apresentadas a seguir:

TIPOS DE CABOS RESISTÊNCIA À TRAÇÃO (KGF/MM2)

Cabos polidos 180 – 225

Cabos galvanizados 180 – 185

Cabos Inox 140 – 165

Cordoalhas SM 60 – 80

Cordoalhas HS 120 – 140

Cordoalhas EHS 150 – 170

Cabos para elevadores 140 – 155

Tabela 25 –Resistência à tração de cabos

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5.7 Roscas de Transmissão

5.7.1 Introdução

O automóvel está com o pneu furado. Para trocá-lo, o motorista necessita de um macaco mecânico que

suspenda o veículo.

Figura 268 – Macaco Hidráulico

Macaco mecânico - equipamento para elevar pesos a pequena altura, pelo deslocamento de uma rosca de

transmissão do sistema porca e fuso. Esse sistema é utilizado para as mais variadas aplicações. Exemplo:

deslocamento da mandíbula móvel da morsa.

Figura 269 – Sistema fuso – mandíbula

5.7.2 Perfil das roscas de transmissão

As roscas de transmissão apresentam vários tipos de perfil.

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Tabela 26 – Perfil das roscas de transmissão

5.7.2.1 Rosca com perfil quadrado: Esse tipo de perfil é utilizado na construção de roscas múltiplas. As

roscas múltiplas possuem duas ou mais entradas, que possibilitam maior avanço axial a cada volta completa do

parafuso. Essas roscas são utilizadas em conjuntos (fuso e porca) sempre que houver necessidade de se obter

mais impacto (balancim) ou grande esforço (prensa).

Figura 270 – Rosca com perfil quadrado

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Figura 271 – Prensa e Balancim

5.7.2.2 Rosca com perfil trapezoidal: Resiste a grandes esforços e é empregada na construção de fusos e

porcas, os quais transmitem movimento a alguns componentes de máquinas-ferramenta como, por exemplo, torno,

plaina e fresadora.

Figura 272 – Aplicação da rosca trapezoidal

O mangote é um componente do cabeçote móvel do torno, e seu deslocamento também é feito por meio de

fuso e porca.

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Figura 272 – Aplicação da rosca trapezoidal

A rosca sem-fim apresenta também perfil trapezoidal, e é um componente que funciona, geralmente, em

conjunto com uma coroa (engrenagem helicoidal), possibilitando grande redução na relação de transmissão de

movimento.

Figura 273 – Rosca sem fim

5.7.2.3 Rosca com perfil misto: Esta rosca é muito utilizada na construção de conjuntos fuso e porca com

esferas recirculantes. Os fusos de esferas são elementos de transmissão de alta eficiência, transformando

movimento de rotação em movimento linear e vice-versa, por meio de transmissão por esferas.

Figura 274 – Rosca com perfil misto

No acionamento do avanço do carro da fresadora ferramenteira por Comando Numérico Computadorizado

(CNC) é usado esse tipo de rosca, visando transferência de força com o mínimo atrito.

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Figura 275 – Acionamento de fresadora CNC

5.7.3 Material de fabricação

Fusos, porcas e coroas podem ser fabricados de vários materiais, conforme as necessidades e indicações.

- Fusos - aço-carbono ou aço-liga.

- Porcas e coroas - bronze ou ferro fundido.

- Fusos e porcas de esferas recirculares - aço-liga.

5.8 Engrenagens

5.8.1 Introdução

Engrenagens são rodas com dentes padronizados que servem para transmitir movimento e força entre dois

eixos. Muitas vezes, as engrenagens são usadas para variar o número de rotações e o sentido da rotação de um

eixo para o outro.

Figura 276 – Caixa de engrenagens

Observe as partes de uma engrenagem:

Figura 277 – Partes constituintes de uma engrenagem

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Existem diferentes tipos de corpos de engrenagem. Para você conhecer alguns desses tipos, observe as

ilustrações.

Figura 278 – Corpos de engrenagens

Os dentes são um dos elementos mais importantes das engrenagens. Observem, no detalhe, as partes

principais do dente de engrenagem.

Figura 279 – Partes do dente de uma engrenagem

Para produzir o movimento de rotação as rodas devem estar engrenadas. As rodas se engrenam quando os

dentes de uma engrenagem se encaixam nos vãos dos dentes da outra engrenagem.

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Figura 280 – Mostra de um engrenamento

As engrenagens trabalham em conjunto. As engrenagens de um mesmo conjunto podem ter tamanhos

diferentes. Quando um par de engrenagens tem rodas de tamanhos diferentes, a engrenagem maior chama-se

coroa e a menor chama-se pinhão.

Os materiais mais usados na fabricação de engrenagens são: aço-liga fundido, ferro fundido, cromo-níquel,

bronze fosforoso, alumínio, náilon.

5.8.2 Tipos de engrenagens

Existem vários tipos de engrenagem, que são escolhidos de acordo com sua função. Nesta unidade você vai

estudar os tipos mais comuns.

5.8.2.1 Engrenagens cilíndricas: Engrenagens cilíndricas têm a forma de cilindro e podem ter dentes retos ou

helicoidais (inclinados). Observe as engrenagens cilíndricas com dentes retos:

Figura 281 – Engrenagens cilíndricas de dentes retos

Veja a representação de uma engrenagem com dentes helicoidais: Os dentes helicoidais são paralelos entre

si mas oblíquos em relação ao eixo da engrenagem.

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Figura 282 – Engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais

Já os dentes retos são paralelos entre si e paralelos ao eixo da engrenagem. As engrenagens cilíndricas

servem para transmitir rotação entre eixos paralelos, como mostra o exemplo da figura 281.

As engrenagens cilíndricas com dentes helicoidais transmitem também rotação entre eixos reversos (não

paralelos),como mostra a figura 282. Elas funcionam mais suavemente que as engrenagens cilíndricas com dentes

retos e, por isso, o ruído é menor.

5.8.2.2 Engrenagens cônicas: Engrenagens cônicas são aquelas que têm forma de tronco de cone. As

engrenagens cônicas podem ter dentes retos ou helicoidais. Nesta unidade, você ficará conhecendo apenas as

engrenagens cônicas de dentes retos.

As engrenagens cônicas transmitem rotação entre eixos concorrentes. Eixos concorrentes são aqueles que

vão se encontrar em um mesmo ponto, quando prolongados. Observe no desenho como os eixos das duas

engrenagens se encontram no ponto A.

Observe alguns exemplos de emprego de engrenagens cônicas com dentes retos.

Figura 283 – Engrenagens cônicas de dentes retos

5.8.2.3 Engrenagens helicoidais: Nas engrenagens helicoidais, os dentes são oblíquos em relação ao eixo.

Entre as engrenagens helicoidais, a engrenagem para rosca sem-fim merece atenção especial. Essa engrenagem

é usada quando se deseja uma redução de velocidade na transmissão do movimento.

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Figura 284 – Engrenagens helicoidais

Repare que os dentes da engrenagem helicoidal para rosca sem-fim são côncavos. Côncavos porque são

dentes curvos, ou seja, menos elevados no meio do que nas bordas. No engrenamento da rosca sem-fim com a

engrenagem helicoidal, o parafuso sem-fim é o pinhão e a engrenagem é a coroa.

Veja um exemplo do emprego de coroa para rosca sem-fim. Repare que no engrenamento por coroa e rosca

sem-fim, a transmissão de movimento e força se dá entre eixos não coplanares.

Figura 285 – Aplicação de engrenagens helicoidais

5.8.2.4 Cremalheira: Cremalheira é uma barra provida de dentes, destinada a engrenar uma roda dentada.

Com esse sistema, pode-se transformar movimento de rotação em movimento retilíneo e vice-versa.

Figura 286 – Engrenamento com cremalheira

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5.9 Came

5.9.1 Introdução

Came é um elemento de máquina cuja superfície tem um formato especial. Normalmente, há um excêntrico,

isto é, essa superfície possui uma excentricidade que produz movimento num segundo elemento denominado

seguidor.

Figura 287 – Esquema de um came e seguidor

Veja, a seguir, a came do comando de válvula.

Figura 288 – Came do eixo comando de válvulas

À medida que a came vai girando, o seguidor sobe e desce, ou vice-versa. Veja dois momentos desse

movimento.

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Figura 289 – Esquema de movimentação de um came

5.9.2 Tipos

As cames geralmente se classificam nos seguintes tipos: de disco, de tambor, frontal e de quadro.

5.9.2.1 Came de disco: É uma came rotativa e excêntrica. Consta de um disco, devidamente perfilado, que

gira com velocidade constante, fixado a um eixo. O eixo comanda o movimento alternativo axial periódico de uma

haste denominada seguidor.

A extremidade da haste da came de disco pode ser: de ponta, de rolo e de prato.

Figura 290 – Tipos de cames de disco

5.9.2.2 Came de tambor: As cames de tambor têm, geralmente, formato de cilindro ou cone sobre o qual é

feita uma ranhura ou canaleta. Durante a rotação do cilindro em movimento uniforme, ocorre deslocamento do

seguidor sobre a ranhura. O seguidor é perpendicular à linha de centro do tambor e é fixado a uma haste guia.

Figura 291 – Came de tambor

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5.9.2.3 Came frontal: Tem a forma de um cilindro seccionado, sendo que as geratrizes têm comprimentos

variados. Durante a rotação do cilindro em movimento uniforme, ocorre o movimento alternativo axial periódico do

seguidor, paralelo à geratriz do tambor.

Figura 292 – Came frontal

5.9.2.4 Quadro com came circular: É constituído de um quadro que encerra um disco circular. Veja, ao lado,

o funcionamento desse tipo de came.

O disco (A), ao girar pelo eixo (O), com movimento uniforme, faz com que o quadro (B) se desloque com

movimentos alternados de vaivém.

Figura 293 – Quadro com came circular

5.9.2.5 Quadro com came triangular: É constituído de um quadro retangular que encerra um disco triangular.

Os lados desse disco são arcos de circunferência. O disco triangular, ao girar com movimento circular uniforme,

conduz o quadro num movimento alternado variado.

Figura 294 – Quadro com came triangular

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5.9.2.6 Came de palminha: Palminhas são cames que transformam o movimento circular contínuo em

movimento intermitente de queda. Existem palminhas de martelo e de pilão.

a) Palminha de martelo: Nesse tipo de came, a distância entre os dentes do elemento condutor deve ter

dimensões que evitem a queda da alavanca sobre o dente seguinte. Portanto, é preciso que, durante a queda da

alavanca, o elemento condutor permaneça girando.

Figura 295 – Palminha de martelo

b) Palminha de pilão: Nesse tipo de came, o elemento condutor deve ser perfilado de modo que, durante o

movimento circular, a haste do pilão faça o movimento uniforme de subida e a sua descida seja rápida.

Figura 296 – Palminha de pilão

5.9.3 Representação gráfica do movimento da came de disco

O disco, ao girar, apresenta seus contornos excêntricos, com raios variáveis. A haste se desloca conforme o

movimento dado pela excentricidade ou pela diferença desses raios. Veja o desenho.

Figura 297 – Movimento de um came de disco

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Para entender melhor, analise a figura acima. Você pode verificar que, quando a came gira no sentido da

seta A, o seguidor toca a came nos pontos 1', 2', 3', 4'..., retornando ao ponto 1', após uma volta completa. Para

obter o diagrama da came, basta retificar a circunferência de raio 0-1 da figura anterior.

Nesse desenho, o ciclo corresponde à circunferência de raio 0-1 retificada. A linha formada pelos pontos 1',

2', 3', 4', ... 1', corresponde à curva descrita pelo seguidor, na qual as alturas 1-1', 2-2', 3-3', 4-4', 5-5', ... 1-1',

correspondem às distâncias da circunferência de raio 0-1 até a superfície percorrida pelo seguidor na came. Esse

gráfico é utilizado para construir a came.

Figura 298 – Gráfico do ciclo de um came

5.9.4 Aplicação das cames

As cames são aplicadas principalmente em:

- máquinas operatrizes

- máquinas têxteis

- máquinas automáticas de embalar

- armas automáticas

- motores térmicos

- comandos de válvulas

5.10 Acoplamento

5.10.1 Introdução

Acoplamento é um conjunto mecânico, constituído de elementos de máquina, empregado na transmissão de

movimento de rotação entre duas árvores ou eixo-árvores.

Figura 299 – Acoplamento em uma moto-bomba

5.10.2 Classificação

Os acoplamentos podem ser fixos, elásticos e móveis.

5.10.2.1 Acoplamentos fixos: Os acoplamentos fixos servem para unir árvores de tal maneira que funcionem

como se fossem uma única peça, alinhando as árvores de forma precisa. Por motivo de segurança, os

acoplamentos devem ser construídos de modo que não apresentem nenhuma saliência.

Vamos conhecer alguns tipos de acoplamentos fixos.

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a) Acoplamento rígido com flanges parafusados: Esse tipo de acoplamento é utilizado quando se

pretende conectar árvores, e é próprio para a transmissão de grande potência em baixa velocidade.

Figura 300 – Acoplamento com flanges parafusados

b) Acoplamento com luva de compressão ou de aperto: Esse tipo de luva facilita a manutenção de

máquinas e equipamentos, com a vantagem de não interferir no posicionamento das árvores, podendo ser montado

e removido sem problemas de alinhamento.

Figura 301 – Acoplamento com luva de compressão ou aperto

c) Acoplamento de discos ou pratos: Empregado na transmissão de grandes potências em casos

especiais, como, por exemplo, nas árvores de turbinas. As superfícies de contato nesse tipo de acoplamento

podem ser lisas ou dentadas.

Figura 302 – Acoplamento de discos e acoplamento de pratos

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5.10.2.2 Acoplamentos elásticos: Esses elementos tornam mais suave a transmissão do movimento em

árvores que tenham movimentos bruscos, e permitem o funcionamento do conjunto com desalinhamento paralelo,

angular e axial entre as árvores.

Os acoplamentos elásticos são construídos em forma articulada, elástica ou articulada e elástica. Permitem a

compensação de até 6 graus de ângulo de torção e deslocamento angular axial. Veja a seguir os principais tipos de

acoplamentos elásticos.

a) Acoplamento elástico de pinos: Os elementos transmissores são pinos de aço com mangas de

borracha.

Figura 303 – Acoplamento elástico de pinos

b) Acoplamento perflex: Os discos de acoplamento são unidos perifericamente por uma ligação de

borracha apertada por anéis de pressão. Esse acoplamento permite o jogo longitudinal de eixos.

Figura 304 – Acoplamento elástico perflex

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c) Acoplamento elástico de garras: As garras, constituídas por tocos de borracha, encaixam-se nas

aberturas do contradisco e transmitem o movimento de rotação.

Figura 305 – Acoplamento elástico de garras

d) Acoplamento elástico de fita de aço: Consiste de dois cubos providos de flanges ranhuradas, nos quais

está montada uma grade elástica que liga os cubos. O conjunto está alojado em duas tampas providas de junta de

encosto e de retentor elástico junto ao cubo.

Todo o espaço entre os cabos e as tampas é preenchido com graxa. Apesar de esse acoplamento ser

flexível, as árvores devem estar bem alinhadas no ato de sua instalação para que não provoquem vibrações

excessivas em serviço.

Figura 306 – Acoplamento elástico de fita de aço

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e) Acoplamento de dentes arqueados

Os dentes possuem a forma ligeiramente curvada no sentido axial, o que permite até 3 graus de

desalinhamento angular. O anel dentado (peça transmissora do movimento) possui duas carreiras de dentes que

são separadas por uma saliência central.

Figura 307 – Acoplamento elástico de dentes arqueados

f) Junta universal homocinética: Esse tipo de junta é usado para transmitir movimento entre árvores que

precisam sofrer variação angular, durante sua atividade. Essa junta é constituída de esferas de aço que se alojam

em calhas.

A ilustração anterior é a de junta homocinética usada em veículos. A maioria dos automóveis é equipada

com esse tipo de junta.

Figura 308 – Junta homocinética

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Instituto Federal Sul-rio-grandense - Campus Pelotas

Curso Técnico de Nível Médio em Eletromecânica Disciplina de Elementos de Máquinas

Prof. Amilton Cravo Moraes; Prof. Edson Lambrecht.

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5.10.2.3 Acoplamentos móveis: São empregados para permitir o jogo longitudinal das árvores. Esses

acoplamentos transmitem força e movimento somente quando acionados, isto é, obedecem a um comando. Os

acoplamentos móveis podem ser: de garras ou dentes, e a rotação é transmitida por meio do encaixe das garras ou

de dentes. Geralmente, esses acoplamentos são usados em aventais e caixas de engrenagens de máquinas-

ferramenta convencionais.

Figura 309 – Acoplamentos móveis

5.10.3 Montagem de acoplamentos

Os principais cuidados a tomar durante a montagem dos acoplamentos são:

- Colocar os flanges a quente, sempre que possível.

- Evitar a colocação dos flanges por meio de golpes: usar prensas ou dispositivos adequados.

- O alinhamento das árvores deve ser o melhor possível mesmo que sejam usados acoplamentos elásticos,

pois durante o serviço ocorrerão os desalinhamentos a serem compensados.

- Fazer a verificação da folga entre flanges e do alinhamento e concentricidade do flange com a árvore.

- Certificar-se de que todos os elementos de ligação estejam bem instalados antes de aplicar a carga.

5.10.4 Lubrificação de acoplamentos

Os acoplamentos que requerem lubrificação, geralmente não necessitam cuidados especiais.

O melhor procedimento é o recomendado pelo fabricante do acoplamento ou pelo manual da máquina. No

entanto, algumas características de lubrificantes para acoplamentos flexíveis são importantes para uso geral:

- ponto de gota - 150ºC ou acima;

- consistência - NLGI nº2 com valor de penetração entre 250 e 300;

- baixo valor de separação do óleo e alta resistência à separação por centrifugação;

- deve possuir qualidades lubrificantes equivalentes às dos óleos minerais bem refinados de alta qualidade;

- não deve corroer aço ou deteriorar o neopreme (material das guarnições).